Палеонтологические открытия последних лет заставляют взглянуть на прошлое Антарктиды по-новому, уточнить и даже существенно пересмотреть некоторые устоявшиеся представления. Наиболее интересные идеи касаются событий мезозойской эры, когда своеобразие антарктической фауны проявилось особенно ярко. Дремучие хвойные леса этого континента были прародиной необычных ящеров и птиц и пристанищем для угасающих групп животных. Позднее, непосредственно перед оледенением, по Антарктиде, как по мостику, сумчатые переселились в Австралию. Но даже в ледяном панцире эта земля продолжала рождать новые виды.
В 1990—1991 годах экспедиция Уильяма Хаммера, палеонтолога из колледжа Огустана в Иллинойсе, США, обнаружила в Трансантарктических горах почти целый скелет динозавра. Так еще никому не везло. Окаменелые кости находили в Антарктиде и раньше, но только отдельные фрагменты, по которым нельзя было определить род или вид древнего ящера. Однако изъять скелет из замерзшей породы оказалось делом нелегким — на это ушло несколько сезонов. Палеонтологи разбили палаточный лагерь на леднике Бирдмора, поближе к находке. Когда ветер стихал и 20-градусный мороз становился хоть как-то терпим, команда поднималась на гору Керкпатрик, на высоту 4 000 м над уровнем моря. Скелет динозавра, замурованный в светлый песчаник и аргиллит, на любом другом материке ученые аккуратно извлекли бы кость за костью, вырубив их киркой и зубилом. Но полярные условия не давали такой возможности. В дело пошли отбойные молотки и динамит. Мощный взрыв дробил скалу, и куски породы вместе с костями разлетались по округе.
Родина ящеров и птиц
Но все трудности окупились сполна. Оказалось, что динозавр с Керкпатрика уникален, подобных ему нигде раньше не находили. Острые загнутые вовнутрь зубы выдавали в нем хищника, но необычные черты строения затрудняли точную идентификацию. Крупное двуногое животное, длиной 6 м и весом более 500 кг, обитало в начале юрского периода, примерно 190 млн. лет назад, среди антарктических лесов, вместе с другими плотоядными динозаврами, прозауроподами, звероящерами и летающими рамфоринхами. На его голове красовался костный гребень, вытянутый не вдоль черепа, как у монолофозавра или дилофозавра (который носил два гребня), а поперек. Эта нестандартная деталь послужила поводом для названия. Новичка окрестили криолофозавром, что значит «ледяной ящер с гребнем».
Уильям Хаммер начал искать сородичей криолофозавра на других континентах. Сходным строением обладали пятницкизавр, живший в середине юры на территории Южной Америки, позднеюрский аллозавр из Северной Америки и найденный в Китае яньчюанозавр. Все они — преобладавшие среди плотоядных крупные хищники из группы тетануров. Поскольку в строении криолофозавра просматриваются примитивные признаки, свойственные тетанурам, то ученый предположил, что в его руках оказался один из предков этой ветви ящеров, возникшей в Антарктиде. Именно оттуда тетануры расселились по планете. Скелет криолофозавра содержит также ряд черт, которые роднят его с другими хищниками — двуногими и рогатыми цератозаврами. Возможно, обе группы плотоядных произошли от общих предков, которые обитали в Антарктиде в триасовом периоде, но прямых подтверждений этой гипотезе пока нет.
Мезозой — время появления птиц — животных, близких по своему строению рептилиям. Детали их эволюции неясны до сих пор, и ученые возлагают большие надежды на Антарктиду. Как оказалось, по крайней мере одно пернатое семейство родом оттуда. Джулия Кларк из Университета Северной Каролины изучила окаменевшие остатки похожей на большую утку птицы, найденной на острове Вега. По мнению исследовательницы, вегавис, так назвали вид, обитал бок о бок с динозаврами и, возможно, пережил их массовое вымирание, начавшееся 65 млн. лет назад. Получается, что он — предок семейства утиных, который занимает важное место в ранней эволюции пернатых.
Примитив в изоляции мельчает… или крупнеет
Помимо необычного хищника в Трансантарктических горах Хаммер с коллегами обнаружил окаменевшие кости и отпечатки лап тритилодонтов — звероящеров, похожих на крысу (о звероящерах см. «Вокруг света» № 3, 2005). Если для тетануров и утиных Антарктида стала колыбелью, то для этих животных — последним пристанищем. В юрский период некогда многочисленные звероящеры доживали свой век в разных уголках планеты, в том числе в Антарктиде, пока окончательно не вымерли (если, конечно, ученые не докажут, что ехидна и утконос — это сохранившиеся до наших дней звероящеры). Как показали недавние открытия, шестой континент служил убежищем и для других существ мезозойской эры.
В 90-х годах прошлого века на южном побережье Австралии обнаружили кладбище древних ящеров возрастом около 100 млн. лет. Иными словами, жили они в середине мелового периода, когда Австралия составляла единую сушу с Антарктидой — Восточную Гондвану. Место, названное Бухтой Динозавров, скрывало остатки типичных рептилий, известных палеонтологам по образцам из других районов. К примеру, устрашающие гиганты, длиной 12 метров и весом 5 тонн, — аллозавры бродили по Северной Америке в конце юры, а к началу мела хищники вымерли, как считали, везде на планете. Однако находка аллозавров в Австралии показала, что они продолжали существовать на осколке Гондваны. Как и почему аллозавры из Северного полушария перебрались в другую часть Земли, неизвестно, мы знаем лишь конечный пункт их путешествия, где животные закончили существование примерно на 40 млн. лет позже, чем полагали ранее. От североамериканских собратьев их отличала одна важная деталь — карликовость. При том что высота взрослой особи не превышала двух метров, аллозавры оказались самыми крупными плотоядными из обнаруженных в Бухте Динозавров. Возможно, изоляция от остального мира на относительно небольшом участке суши стала причиной мельчания видов, как это случилось с последними мамонтами на острове Врангеля или последними питекантропами с острова Флорес.
Напротив, обитавший в Антарктиде одновременно с карликовым ящером кулазух являл собой весьма крупный экземпляр среди прочих лабиринтодонтов — древних земноводных, напоминавших больших саламандр. Некоторые кулазухи достигали 5-метровой длины и весили полтонны. Расцвет лабиринтодонтов пришелся на конец палеозойской эры, однако многочисленные амфибии продолжали населять Землю и в начале мезозоя, пока не уступили часть своей ниши рептилиям. Так случилось, что последние из кулазухов окончили свои дни в Восточной Гондване, пережив большинство собратьев примерно на 50 млн. лет.
Эти открытия поставили перед учеными вопрос: почему в Антарктиде продолжали обитать животные, родственники которых в других местах давно вымерли. До середины юрского периода (примерно 150 млн. лет назад), когда большую часть суши объединял суперматерик Пангея, природа Антарктиды была во многом сходной с другими регионами Земли. После его распада на континенте Южного полушария — Гондване начала формироваться своеобразная фауна. Возможно, там сложились наиболее благоприятные для реликтовых животных природные условия, считают одни исследователи. Но другие, в частности палеонтологи Сергио
Маренси из Аргентины и Джуд Кейз из США, заметили, что в Восточной Гондване продолжали существовать животные с наиболее примитивными чертами, в то время как большинство их сородичей исчезли. Этот вывод последовал из анализа различных находок ящеров и обнаруженного в 2004 году в Антарктиде зуба утконосого динозавра, также задержавшегося здесь дольше других, подобных ему.
Где побывала Антарктида
Протерозой
1,3 млрд. лет назад
В центре суперконтинента Родиния
Кембрийский период
550 млн. лет назад
На месте современной Африки
Пермский период
280 млн. лет назад
В составе суперконтинента Пангея
Середина юрского периода
150 млн. лет назад
Вместе с Южной Америкой, Африкой, Индией и Австралией образовала Гондвану
Конец юрского периода
140 млн. лет назад
В составе Восточной Гондваны, от которой отделились Южная Америка и Африка
Меловой период
100 млн. лет назад
Начала удаляться от Австралии и двигаться к Южному полюсу
Палеоген
34 млн. лет назад
Начала замерзать
Далекое будущее
через 1 млрд. лет
Как считает геофизик, член-корреспондент РАН Валерий Трубицын, разбросанные по планете континенты сойдутся вновь в районе Южного полюса, включив в свой круг и Антарктиду
Почему динозавры не зябли
То, что динозавры обитали в Антарктиде — факт, но он противоречит данным о древнем климате континента, который, как полагают, был далек от тропического уже во времена криолофозавров. Хуже всего, однако, приходилось ящерам мелового периода. Они жили в приполярных широтах при среднегодовой температуре +5°С и были знакомы со сменой времен года. Зимой температура воздуха снижалась до –6°С, а лето стояло прохладное и влажное. Антарктида 100 млн. лет назад, как и сейчас, погружалась на несколько месяцев в году в полярную ночь. Не случайно у одного из обитателей Восточной Гондваны — лиэлленозавра были огромные глазницы, что говорит о его способности видеть в темноте.
В то время материк населяли как минимум десяток семейств ящеров: от гигантовзауропод и утконосых динозавров до мелких хищников и растительноядных. Но приполярные условия совсем не подходят теплолюбивым рептилиям, которые просто не выжили бы в холоде. Как же существовали антарктические динозавры в конце мезозоя? Может быть, они были теплокровными? Эту идею активно обсуждают в научных кругах, особенно в применении к мелким животным, которые переносят стужу гораздо тяжелее. По этой версии, они должны были бы иметь сильно развитую вторичную костную ткань, богатую кровеносными сосудами, что присуще теплокровным. Подобные признаки — много гаверсовых каналов в костях — найдены у динозавров из Австралии, с юга Аргентины и Аляски, где климат конца мезозоя был столь же суров. Напротив, крупные рептилии могли не иметь системы, поддерживающей температуру тела постоянной. Днем тело огромного динозавра нагревалось, и этого тепла хватало, чтобы не замерзнуть ночью. Так что скорость процессов обмена в организме не снижалась и, следовательно, сохранялась активность животного. Чем питались растительноядные динозавры в течение полярной ночи, когда зеленый покров сильно уменьшался? Возможно, ящеры переходили на подножный корм, поедая кору, ветви, выкапывая лишайники и мхи из-под снега, как это делают животные полярных областей сейчас. По другой гипотезе, динозавры, да и другие рептилии, могли впадать в спячку на несколько зимних месяцев.
В любом случае динозавров Антарктиды нельзя считать обычными рептилиями, поскольку они сумели приспособиться к холоду. Но с этим выводом согласны не все ученые. Например, Джеймс Мартин из Горной школы Южной Дакоты полагает, что антарктические динозавры разгуливали по субтропикам и потому в теплокровности не нуждались. О мягком климате материка говорят остатки теплолюбивых двоякодышащих рыб и мозазавров, найденные на юге Австралии, входившей наряду с Антарктидой в состав Восточной Гондваны.
Нетипичная эволюция
Оледенение Антарктиды началось 34 млн. лет назад. До того момента этот континент был таким же, как любое другое место на Земле, свободным ото льда и покрытым растительностью, о богатстве которой можно судить по Южной Америке, Тасмании или Новой Каледонии. Но вследствие геологических причин расстояние между Антарктидой и Австралией стало увеличиваться, и в расширяющийся пролив хлынули циркулирующие в полярной области течения. Образовался холодный Южный океан, а одинокая Антарктида постепенно замерзала, теряя своих обитателей. Ледяной щит наступал по поверхности, стирал буйную некогда растительность и населявших ее животных.
Угасание местных существ проходило нетипичным путем. Эволюционное развитие предполагает, что на основе старых видов появляются новые и жизнь в целом продолжается. В Антарктиде же ледник вытеснил почти все живое. Его размер временами изменялся, и случалось, что ближайшая к Южной Америке часть континента вновь обретала растительность, но лишь на короткое время. Последние 2—3 миллиона лет живой мир Антарктиды отличался крайней бедностью по сравнению с тем, что было до оледенения.
Какие тайны скрывает этот последний период истории Антарктиды?
Несмотря на то что доступные для изучения горные породы занимают менее 1% поверхности континента, ученым все же удалось сделать несколько интересных находок. Временем непосредственно перед оледенением датируют фрагменты 14 позвоночных животных. Среди них — остатки похожего на мышь существа Antarctodolops dailyi, найденные на острове Симор, кости древних пингвинов Archaeospheniscus wimani и Palaeeudyptes gunnari, маленькое млекопитающее из рода Trigonostylops и даже вымершие ныне макроухении Victorlemoinea. Все ископаемые схожи с южноамериканской фауной, что подтверждает существование мостика между континентами в то время. Три миллиона лет назад климат Антарктиды резко ухудшился, началось массовое вымирание растений и животных, чему палеонтологи нашли подтверждения.
В последнее время я работал в местечке под названием Марин Плейн, недалеко от станции Дейвис. Там в осадочных породах, которые образовались примерно 4 млн. лет назад на месте мелкого залива, захоронены остатки различных морских животных. Нам удалось определить два новых вида дельфинов, один из которых 8,5 м длиной, и 4 вида других китообразных. Все они — вымершие. В слоях также попадались ископаемые омары. Сейчас эти морские раки не живут в водах Антарктики, но обитают рядом с Австралией, где значительно теплее. То же можно сказать о некоторых видах моллюсков, которые покинули холодное место и мигрировали севернее, оставив в Марин Плейн лишь следы своего пребывания. Эти факты говорят о том, что климат в Антарктиде 4 млн. лет назад был теплее и ледяной щит не покрывал еще весь континент.
Необычное вымирание антарктических видов оставляет немало вопросов, разрешить которые помогут новые находки. Однако поиск крупных экземпляров растений и животных труден из-за оледенения. Гораздо больше надежд ученые возлагают на бурение океанического дна, которое дает информацию об ископаемых микроорганизмах, их возрасте, условиях жизни и эволюции. А образцы спор и пыльцы позволяют документировать мельчайшие изменения в жизни прибрежных растений.
Сейчас Антарктическую область населяют в основном морские животные: птицы, рыбы, беспозвоночные. Они появились здесь около 20 млн. лет назад и не связаны прямо с наземными видами, обитавшими на континенте до его оледенения. К примеру, тюлени возникли в Северном полушарии 23 млн. лет назад. Когда они перебрались в Южное полушарие точно неизвестно, но некоторые виды, среди которых тюлень Росса, Уэдделла, морской леопард, уникальны. Вероятно, они зародились в Антарктике, но их ископаемые формы до сих пор не найдены.
Патрик Квилти, профессор Университета Тасмании
Мост для кенгуру
Где-то в недрах Антарктиды скрыта и тайна эволюции сумчатых. Первые их представители появились около 100 млн. лет назад в Северной Америке, откуда позже расселились на другие континенты. В Австралию сумчатые, которые еще не были столь разнообразны, попали всего 25 млн. лет назад через Антарктиду. Факт глобальной миграции предков кенгуру и коал удалось подтвердить благодаря современным методам палеонтологии, генетики и биохимии.
Сначала с территории своей прародины сумчатые млекопитающие проникли в Южную Америку. Оттуда примерно 45 млн. лет назад, а по некоторым данным, на 20 млн. лет раньше, звери двинулись далее — в Антарктиду, по существовавшему в то время перешейку между материками. Единичные фрагменты костей сумчатых обнаружили на островах, ближайших к Антарктическому полуострову. Они принадлежали маленьким, размером с землеройку, зверькам, к настоящему времени сохранившимся в Южной Америке.
В Антарктиде, которая к тому времени начала постепенно замерзать, эти примитивные млекопитающие оказались временно в изоляции. Если бы не перешеек, соединявший ее с Австралией около 25 млн. лет назад, сумчатых постигла бы судьба многих антарктических видов, впоследствии исчезнувших. Но они успели освоить новый континент и благополучно проживают там по сей день. Американец Джон Кирш добавил к этой картине еще одну деталь: животные покидали Антарктиду и в другом направлении — около 35 миллионов лет назад часть сумчатых вернулась обратно в Южную Америку.
Когда исчезли леса
Нотофагус, или южный бук, является интереснейшим представителем современной растительности Южного полушария. Нотофагусовые леса простираются на сотни километров в Австралии, Новой Зеландии, Тасмании, Южной Америке. Растение это древнее, ровесник динозавров. Наряду с мхами, хвощами, папоротниками, разными цветковыми растениями, а также хвойными: араукариями, подокарпами и агатисами, оно входило в зеленый покров Гондваны. Не с этой ли земли родом бесспорное своеобразие флоры Южного полушария?
Изучая растительные остатки спор и пыльцы из горных пород Антарктиды, ученые пришли к неожиданным открытиям. Так, в 1960 году Р. Купер показал, что родиной южного бука являются именно просторы ледяного континента. Возникшее в меловом периоде, это растение постепенно расселялось и добралось до Новой Гвинеи. Сейчас огромный ареал рода разделен на две части, между которыми простирается замерзшее «сердце», покрытое некогда дремучей чащобой.
Таким образом, гипотеза о том, что прародиной флоры Южного полушария можно считать Антарктиду, вполне состоятельна.
Долгое время исследователи думали, что из-за оледенения леса в Антарктиде не растут уже много миллионов лет. Но недавно отпечатки древесных листьев нашли в отложениях возрастом два—три миллиона лет. Получается, что реликтовые леса сохранялись на некоторых побережьях материка даже тогда, когда лед сковал большую часть его поверхности.
Этот вывод многими учеными оспаривается, и тем не менее его подтверждает анализ современной антарктической растительности, состоящей в основном из лишайников и мхов. Примерно 45% их видов произрастают только здесь, а значит, они образовались всего два—три миллиона лет назад, именно столько в среднем существует биологический вид. Видимо, когда лесная растительность угасла, на смену ей пришли холодостойкие мхи и лишайники, сумевшие приспособиться к жизни на открытом пространстве.
Откуда взялись пингвины
Впервые ископаемых пингвинов нашли в 1892 году. В то время ученые думали, что эти неуклюжие создания с маленькими крылышками не что иное, как примитивные птицы, так и не освоившие полет. Позже происхождение пингвинов уточнили: их предками были килевые трубконосые птицы — высокоразвитая группа пернатых — наподобие буревестников.
Пингвины появились около 40 млн. лет назад в Антарктиде или на прилегавших к ней островах. Сразу несколько видов обитали на побережье океана и вели сугубо сухопутный образ жизни. Среди них попадались настоящие гиганты, как, например, антропорнисы, достигавшие высоты 180 см. У предков пингвинов не нашлось в замерзающей Антарктиде опасных врагов, поэтому они потеряли способность к полету, приспособились к холоду и стали отличными пловцами. Позже пингвины расселились по Южному полушарию, но в Северное не проникли.
Эволюция пингвинов продолжается высокими темпами. Об этом стало известно по результатам исследований, проведенных на генетическом материале из Антарктиды, который, будучи замороженным, хорошо сохранился. Новозеландец Дэвид Ламберт сравнил митохондриальную ДНК, выделенную из костей пингвинов Адели, возрастом 6,5 тысячи лет, и крови их нынешних родственников. Оказалось, что ДНК древних пингвинов отличается от таковой современных птиц на 8%, и эти отличия накопились не за 200 тысяч лет, как полагали раньше, а за 60 тысяч лет. Результаты этих исследований расширяют границы известного об антарктической фауне. Они говорят о том, что скорость эволюции видов может быть более интенсивной, чем предполагали ранее, основываясь только на расчетах.
Алексей Пахневич, кандидат биологических наук
